Astronomen haben ein ungewöhnliches Ballett eingefangen: Ein Stern, der von den titanischen Kräften eines supermassereichen Schwarzen Lochs zerrissen wird, zeigt rhythmische Oszillationen in seiner Umlaufbahn, die nicht zu den klassischen Modellen von Gezeitenstörungsereignissen passen (siehe unten).
Diese periodischen Bewegungen haben ihren Ursprung in einem subtilen Effekt der allgemeinen Relativitätstheorie. Wenn ein massereiches Objekt sich schnell dreht, zieht es die Raumzeit um sich herum mit, ähnlich wie ein rotierender Propeller einen Wirbel im Wasser erzeugen würde. Diese Wechselwirkung, bekannt als Lense-Thirring-Präzession, war zwar theoretisiert, wurde aber selten mit einer solchen Klarheit nachgewiesen.
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Um dieses Phänomen zu untersuchen, konzentrierte sich die Studie auf ein spezifisches Ereignis mit der Bezeichnung AT2020afhd, indem sie Daten aus Röntgen- und Radiowellen kombinierte. Die Forscher bemerkten regelmäßige Schwankungen in den Emissionen, mit einem Zyklus, der sich alle 20 Erdentage wiederholt. Diese synchronen Modulationen zwischen der Akkretionsscheibe und den Plasmajets ermöglichten es, die Hypothese einer Mitnahme der Raumzeit zu bestätigen.
Diese Ergebnisse bieten eine neue Methode, um die Rotation von Schwarzen Löchern und ihr Verhalten bei der Absorption stellarer Materie zu untersuchen. Cosimo Inserra von der Universität Cardiff gab an, dass diese Beobachtungen einen bedeutenden Fortschritt für das Testen der Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie darstellen. Sie bereichern auch unser Verständnis der Mechanismen, die bei der Zerstörung von Sternen am Werk sind.
Darüber hinaus kann das beobachtete Phänomen mit der Erzeugung eines gravitomagnetischen Feldes durch ein rotierendes massereiches Objekt verglichen werden. So wie eine bewegte elektrische Ladung ein magnetisches Feld erzeugt, beeinflusst ein rotierendes Schwarzes Loch die Bewegung nahe gelegener Himmelskörper.
Die Entdeckung dieser Art von Oszillation in einem Gezeitenstörungsereignis war bisher selten. Die normalerweise stabilen Radiosignale zeigten hier kurzfristige Fluktuationen, was andere Erklärungen im Zusammenhang mit der Energiefreisetzung ausschloss. Diese Arbeit ist in
Science Advances veröffentlicht.
Supermassereiche Schwarze Löcher und ihr Einfluss
Im Zentrum der meisten Galaxien, einschließlich der unseren, befinden sich supermassereiche Schwarze Löcher. Diese Objekte konzentrieren eine Masse, die millionen- oder sogar milliardenfach der Masse der Sonne entspricht, in einem winzigen Volumen. Ihre Anziehungskraft ist so intensiv, dass nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann, sobald der Ereignishorizont überschritten ist.
Die Präsenz eines solchen Giganten beeinflusst seine galaktische Umgebung tiefgreifend. Er kann die Umlaufbahnen naher Sterne verformen, Materie auf extreme Geschwindigkeiten beschleunigen und intensive Strahlung aussenden. Diese Prozesse spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Galaxien, beeinflussen die Sternentstehung und die Verteilung von Materie.
Die Rotation eines supermassereichen Schwarzen Lochs fügt seinem Einfluss eine weitere Dimension hinzu. Wie ein sich bewegendes massereiches Objekt kann es die Raumzeit um sich herum mitreißen und die Flugbahn der umkreisenden Materie verändern. Dieser Effekt, obwohl schwach, wird unter spezifischen Bedingungen messbar, wie zum Beispiel bei gewaltsamen Wechselwirkungen mit einem Stern.
Das Verständnis dieser Mechanismen hilft, beobachtbare Phänomene zu erklären, wie zum Beispiel Plasmajets, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen werden. Diese oft symmetrischen Strukturen stammen aus den Polregionen des Schwarzen Lochs und erstrecken sich über intergalaktische Distanzen, transportieren Energie durch den Kosmos.
Gezeitenstörungsereignisse
Wenn sich ein Stern einem supermassereichen Schwarzen Loch zu stark nähert, unterliegt er extremen Gezeitenkräften. Diese Kräfte dehnen den Stern in Richtung der Anziehung, während sie ihn seitlich komprimieren – ein Prozess, der oft als "Spaghettifizierung" bezeichnet wird. Der Stern wird dadurch verformt und teilweise zerrissen.
Die stellaren Trümmer bilden dann eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch. In dieser Struktur wirbelt Materie mit hoher Geschwindigkeit, erwärmt sich durch Reibung und emittiert intensive Strahlung über verschiedene Wellenlängen hinweg. Diese helle Phase ermöglicht es Astronomen, diese Ereignisse von der Erde aus zu entdecken und zu untersuchen.
Ein Teil der Materie aus der Scheibe wird allmählich vom Schwarzen Loch angezogen und überschreitet den Ereignishorizont. Ein anderer Teil kann in Form kollimierter Jets ausgestoßen werden, angetrieben von starken Magnetfeldern. Diese Emissionen liefern Hinweise auf die physikalischen Bedingungen in der Nähe des Schwarzen Lochs.
Die Untersuchung dieser Ereignisse liefert Informationen über die Dichte, Zusammensetzung und Dynamik der betroffenen Sterne. Sie ermöglicht es auch, Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie in intensiven Gravitationsfeldern zu testen, wo die klassischen Effekte der Newtonschen Gesetze nicht mehr ausreichen, um die Beobachtungen zu beschreiben.
Quelle: Science Advances